一種利用生物泥制備單細胞蛋白粉的方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種利用生物泥制備單細胞蛋白粉的方法，其特征在于包含以下步驟：a.生物泥濃縮：定期將生物反應器中的剩余含微生物的生物泥通過管道排入生物泥濃縮池，使生物泥濃縮至含水率97%以下；b.脫水：脫水設備進行脫水，使得含水率達到75-85%；c.氣流閃蒸干燥：經脫水后的生物泥再經氣流閃蒸干燥設備烘干至含水率10-50%，并控制氣流閃蒸干燥設備的進風、出風溫度以及物料接觸溫度，確保產品胃蛋白酶消化率不降低；d.微波干燥滅菌：輸送至微波干燥滅菌設備，停留1-10分鐘，使得物料含水率5-15%；本工藝獲得的單細胞蛋白粉蛋白溶解度和胃蛋白霉消化率大大提高，且在加工過程中沒有降低，產品流動性好，是畜禽及水產飼料的優(yōu)質原料。
【專利說明】一種利用生物泥制備單細胞蛋白粉的方法
[【技術領域】]
[0001]本發(fā)明涉及單細胞蛋白飼料加工領域，特別是涉及一種規(guī)?；蒙锬嘀苽渖a單細胞蛋白粉的工藝方法。
[【背景技術】]
[0002]在啤酒及食品加工等生產企業(yè)生產過程中含有大量有機可溶性廢物的廢水排放，后經好氧生物處理系統(tǒng)中的單細胞微生物有氧消化吸收，降低水中的有機物濃度，并且微生物大量生長繁殖并產出大量剩余微生物,微生物經沉淀池沉淀后含水率為99%，有機質含量高達40%以上。目前基本通過脫水填埋、焚燒及通過再加工生產低附加值的肥料等途經。
[0003]國內外對該生物泥處理處置有眾多研究及報道，但受制于成本的重要制約，以及處理后的產物無附加值或者底附加值等因素，并沒有真正達到減量化、安全穩(wěn)定化、資源化的三方面基本要求。如將生物泥脫水焚燒、水解消化、消化熱干化和沼渣堆肥等方法，基本上專注于將生物泥無害化處置，但處置過程中仍產生二次污染，如生物泥中大量的蛋白經焚燒產生大量的NO2氣體和PM2.5粉塵的污染等。
[0004]如果把生物泥徹底資源化，制成單細胞蛋白粉，將會徹底解決污水好氧生物處理系統(tǒng)生物泥的資源化回收利用問題，但這一努力一直沒有獲得成功。主要原因是普通生物泥含有大量的灰分和無機物，甚至重金屬等，且采用通常的方法無法將生物泥脫水干燥成粉劑，且難以確保粉劑對生物滅活，來確保粉劑的沙門氏菌和大腸桿菌為陰性。
[0005]且目前對該類生物泥多采用槳葉干燥、回轉窯或干餾機組等模式干燥處理，但多存在二次污染及產品附加值低的可能。如中國專利CN ZL200710179895.S的污泥干餾機組，將80%的污泥在<1000°C的環(huán)境下將污泥干餾炭化，干餾出的干化污泥含水率不足5%，大大縮減了污泥的體積及處置難度。但其干餾過程中產出大量的廢氣，若不經合理處置比如帶來二次污染，并且產出的干污泥只能填埋、建筑材料或焚燒等途經在處置，且附加值比較低。關鍵是此類高溫處置方法，將生物泥中的單細胞生物蛋白完全變性，處置后的產品中已不含有蛋白類物質。
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【發(fā)明內容】
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[0006]針對上述目前生物泥處置領域中的缺陷，本發(fā)明提出一種規(guī)?；蒙锬嘀苽渖a單細胞蛋白粉的工藝方法，經過培養(yǎng)好的高蛋白生物泥經濃縮脫水后，采用氣流閃蒸干燥，干燥過程物料溫度小于100°c，不造成生物蛋白變性，不改變單細胞蛋白的胃蛋白酶消化率，后續(xù)經過微波低溫滅菌后，降低細菌落數(shù)，確保單細胞蛋白粉的沙門氏菌和大腸桿菌為陰性。尤其是經多次實驗研究發(fā)現(xiàn)經微波滅菌，在干燥過程中孢子化的微生物細胞壁被打開，不但滅活了細菌，還將產品的胃蛋白酶消化率提高2-10%。
[0007]所述制備方法包含以下步驟:
[0008]a.生物泥濃縮:定期將生物反應器中的剩余含微生物的生物泥通過管道排入生物泥濃縮池，使生物泥濃縮至含水率97%以下，便于降低后續(xù)離心脫水工序進料量和能耗；通過精確計算TSS的總排放量，從而控制前端生物培養(yǎng)階段的生物泥的泥齡和生長狀態(tài)。
[0009]b.脫水:將生物泥濃縮池中濃縮后的生物泥通過螺桿泵入脫水設備進行脫水，使得含水率達到75-85% ；
[0010]所述脫水設備選用污泥離心脫水設備，螺桿泵采用容積式單螺桿泵，所述污泥離心脫水設備選用臥式螺旋卸料沉降離心機，運行參數(shù)控制進料含固率:1-5%，生物泥泥處理能力:10-30m3/h，回收率:95%，泥餅含水率:75_85%，上清液含固率:≤0.2%，工作轉速:1500-3200r/min，出料量在1-2.5t/h，經脫水后的生物泥由流體成為蛋糕塊狀。
[0011]所述脫水設備選用帶式壓濾脫水設備，運行參數(shù):進料含固率:1-5%，生物泥泥處理能力:10-30m3/h，回收率:95%，泥餅含水率:75_85%，上清液含固率:< 0.2%，出料量在
1-2.5t/h，經脫水后的生物泥由流體成為蛋糕塊狀。
[0012]所述進料含固率可進一步控制在3-5%，生物泥泥處理能力:10-30m3/h，離心機轉速在 2000-3200r/min。
[0013]c.氣流閃蒸干燥:經脫水后的生物泥再經氣流閃蒸干燥設備烘干至含水率10-50%，為確保單細胞生物蛋白活性和避免蛋白變性，極其熱敏性特點，對干燥設備進風、出風、物料接觸溫度均嚴格控制，保證產品胃蛋白酶消化率不降低。具體的說，控制氣流閃蒸干燥設備的進風溫度為150°C~280°C、出風溫度低于120°C、物料接觸溫度低于100°C，經氣流閃蒸干燥后的生物泥即為粗單細胞蛋白粉；
[0014]所述氣流閃蒸干燥設備的運行參數(shù)控制:進料速度< 2.5t/h，最大水分揮發(fā)能力不小于1667Kg/h，物料在設備中停留5-30s ;物料在氣流閃蒸干燥設備的主機內經破碎瞬間同熱風氣流上升，80-95%的物料經由旋風除塵排出，剩余部分進入氣箱布袋排出，物料經氣流閃蒸干燥設備旋風除塵和氣箱布袋除塵器排出后，再經氣流提升機輸送至微波干燥滅菌設備的進料斗，粒度在20-200目。
[0015]d.微波干燥滅菌:經氣流閃蒸干燥后的生物泥即可稱之為粗單細胞蛋白粉，表觀上雖然看上去具有較好的流動性，但由于該蛋白屬單細胞生物蛋白，采取低溫氣流烘干模式生產，將表面的結合水和大部分胞內水烘干，但大部分微生物處于休眠或孢子化狀態(tài)，也就是在合適的濕度環(huán)境中仍然復活，經檢測該物料的菌落總數(shù)過高，不宜直接利用為動物飼料原料，需再經下一步滅菌處理。
[0016]把上述經氣流閃蒸干燥獲得的粗單細胞蛋白粉，通過氣流提升機輸送至微波干燥滅菌設備，停留1-10分鐘，使得物料含水率5-15% ;利用微波干燥滅菌設備對物料進行再次處理，有如下特點:
[0017]I)可以對氣流閃蒸干燥產出的物料進行二次干燥，特別是難以用氣流干燥的生物胞內部分水，微波干燥滅菌設備顯示出了其優(yōu)勢，將物料從10-50%含水率干燥至含水率5-15% ；
[0018]2)再就是物料通過微波滅菌設備后，在微波作用下對微生物細胞壁有破壞作用，實驗結果表明微博長輻射造成微生物DNA結構損傷，這也是微波對微生物致死的原因之一。經檢測單細胞蛋白粉中休眠的或孢子化的微生物滅活率在99%以上，沙門氏菌和大腸桿菌均為陰性，各項指標滿足飼料原料各項指標要求；
[0019]3)在微波滅菌過程中不但沒有造成單細胞蛋白變性，還提高了胃蛋白酶消化率
2-8%。經微波處理后微生物細胞壁被破壞，具有一定的生物通透性作用，細胞滲出可溶性蛋白，更有利于動物消化吸收。
[0020]e.倉料打包，將經過微波滅菌獲得單細胞蛋白粉成品，通過絞龍輸送至料倉，通過料倉閥門控制打包速度。
[0021]本發(fā)明提供的利用生物泥制備單細胞蛋白粉的方法，是一種利用生物泥來生產單細胞蛋白(SCP)的資源化回收方法，將生物養(yǎng)殖系統(tǒng)沉淀排出的生物泥濃縮后，經過離心脫水、熱風瞬間烘干、氣流快速冷卻、微波滅菌后，即可獲得單細胞粗蛋白粉。通過上述工藝，把濃縮后的生物泥離心脫水分離出細胞或菌體外的水分，沒有因為擠壓破壞細胞或菌體絮團結構；離心后的生物泥經閃蒸干燥的破碎和熱風瞬間接觸烘干，去除了大部分細胞內的大部分水分，使得菌體細胞孢子化休眠，且避免了蛋白的變性；再經冷卻，后使用隧道微波滅菌設備滅活孢子化或休眠的菌體生物粉，獲得的單細胞蛋白粉的蛋白溶解度和胃蛋白霉消化率大大提高，且該單細胞蛋白粉在加工過程中沒有降低，產品流動性好，是畜禽及水產飼料的優(yōu)質原料。
[【專利附圖】

【附圖說明】]
[0022]圖1為本發(fā)明的工藝流程圖一；
[0023]圖2為本發(fā)明的工藝流程圖二；
[0024]圖中1.生物泥濃縮；2.脫水；3.氣流閃蒸干燥；4.微波干燥滅菌；5.倉料打包。
[【具體實施方式】]
[0025]現(xiàn)結合附圖及具體實施例對本發(fā)明的技術方案作進一步闡述，相信對本領域技術人員來說是清楚的。
[0026]實施例一
[0027]參見附圖1，制備方法包含以下步驟:
[0028]a.生物泥濃縮
[0029]定期將生物反應器中的剩余含微生物的生物泥通過管道排入生物泥濃縮池，將生物泥從生物系統(tǒng)利用自身重力自流入該池。本實施例中的池體直徑:15米，深度:3.5m,有效容積:477m3，管道采用直徑150mm，流量計口徑為150mm，在管道上安裝有流量、流速和TSS濃度計量裝置，TSS濃度計采用在線探頭測量，通過西門子S-200PLC程序模塊，每秒鐘取10次流量和TSS濃度的數(shù)據(jù)，精確計算TSS的總排放量。控制流量為，進泥TSS濃度:2-30g/L,排泥TSS濃度:10-50g/L,待生物泥濃縮至含水率97%，便可進行后續(xù)操作，亦可降低后續(xù)離心脫水工序進料量和能耗；
[0030]b.脫水
[0031]將生物泥濃縮池中濃縮后的生物泥通過容積式單螺桿泵泵入臥式螺旋卸料沉降離心機進行脫水，該離心機的生物泥泥處理能力:10-30m3/h，工作轉速:1500-3200r/min，出料量在1-2.5t/h，進料含固率:1-5% ;實現(xiàn)泥餅含水率:78-85%，上清液含固率:< 0.2%，回收率:95%，經脫水后的生物泥由流體成為蛋糕塊狀；
[0032]所述進料含固率可進一步控制在3-5%，生物泥泥處理能力:10-30m3/h，離心機轉速在 2000-3200r/min。
[0033]c.氣流閃蒸干燥[0034]經脫水后的生物泥通過絞龍喂料機輸送至XZG-18型氣流閃蒸干燥設備，設定進風溫度為150-280°C、出風溫度低于120°C、物料接觸溫度低于100°C，進料速度≥2.5t/h，最大水分揮發(fā)能力不小于1667Kg/h，物料在設備中停留5-30s，期間物料在氣流閃蒸干燥設備的主機內經破碎瞬間同熱風氣流上升，80-95%的物料經由旋風除塵排出，剩余部分進入氣箱布袋排出，物料經氣流閃蒸干燥設備旋風除塵和氣箱布袋除塵器排出后，即為含水率10-50%、粒度在20-200目的粗單細胞蛋白粉；再經氣流提升機輸送至微波干燥滅菌設備的進料斗。
[0035]d.微波干燥滅菌
[0036]把上述經氣流閃蒸干燥獲得的粗單細胞蛋白粉，通過氣流提升機輸送至長10200mm X寬1383mm X高1850mm的WH6-75B型隧道式微波干燥滅菌設備，運行參數(shù):工作電源采用三相五線380±5%V，50HZ ;微波頻率:1200-3575MHZ ;微波功率:75KW功率可控可調；視在功率:85KVA ;物料進入隧道滅菌時，物料厚度2-15mm，進料速度l-10m/min，停留
1-10分鐘，使得物料含水率5-15%；
[0037]e.倉料打包，將經過微波滅菌獲得單細胞蛋白粉成品，通過絞龍輸送至料倉，通過料倉閥門控制打包速度。。
[0038]實施例二
[0039]參見附圖2，制備方法包含以下步驟:
[0040]a.生物泥濃縮
[0041]定期將生物反應器中的剩余含微生物的生物泥通過管道排入生物泥濃縮池，將生物泥從生物系統(tǒng)利用自身重力自流入該池。本實施例中的池體直徑:15米，深度:3.5m,有效容積:477m3，管道采 用直徑150mm，流量計口徑為150mm，在管道上安裝有流量、流速和TSS濃度計量裝置，TSS濃度計采用在線探頭測量，通過西門子S-200PLC程序模塊，每秒鐘取10次流量和TSS濃度的數(shù)據(jù)，精確計算TSS的總排放量?？刂屏髁繛椋M泥TSS濃度:
2-30g/L,排泥TSS濃度:10-50g/L,待生物泥濃縮至含水率97%，便可進行后續(xù)操作，亦可降低后續(xù)離心脫水工序進料量和能耗；
[0042]b.脫水
[0043]將生物泥濃縮池中濃縮后的生物泥通過螺桿泵入2000型號的帶式壓濾機進行脫水，帶式壓濾脫水設備進料為變頻進料調節(jié)控制，電機功率:7.5kw(380/3/50HZ)，輸出壓力:2bar，由壓濾機PLC總控。該帶式壓濾機的生物泥泥處理能力:10-30m3/h，出料量在1-2.5t/h，進料含固率:1-5% ;實現(xiàn)泥餅含水率:75-85%，上清液含固率0.2%，回收率:95%，經脫水后的生物泥由流體成為蛋糕塊狀；
[0044]所述進料含固率可進一步控制在3-5%，生物泥泥處理能力:10-30m3/h。
[0045]c.氣流閃蒸干燥
[0046]經脫水后的生物泥通過絞龍喂料機輸送至XZG-18型氣流閃蒸干燥設備，設定進風溫度低于80°C、出風溫度為150-230°C、物料接觸溫度低于80°C，進料速度< 2.5t/h，最大水分揮發(fā)能力不小于1667Kg/h，物料在設備中停留5-30s，期間物料在氣流閃蒸干燥設備的主機內經破碎瞬間同熱風氣流上升 ，80-95%的物料經由旋風除塵排出，剩余部分進入氣箱布袋排出，物料經氣流閃蒸干燥設備旋風除塵和氣箱布袋除塵器排出后，即為含水率10-50%、粒度在20-200目的粗單細胞蛋白粉；再經氣流提升機輸送至微波干燥滅菌設備的進料斗。
[0047]d.微波干燥滅菌
[0048]把上述經氣流閃蒸干燥獲得的粗單細胞蛋白粉，通過氣流提升機輸送至長10200mm X寬1383mm X高1850mm的WH6-75B型隧道式微波干燥滅菌設備，運行參數(shù):工作電源采用三相五線380±5%V，50HZ ;微波頻率:1200-3575MHZ ;微波功率:75KW功率可控可調；視在功率:85KVA ;物料進入隧道滅菌時，物料厚度2-15mm，進料速度l-10m/min，停留1-10分鐘，使得物料含水率5-15%。
[0049]e.倉料打包，將經過微波滅菌獲得單細胞蛋白粉成品，通過絞龍輸送至料倉，通過料倉閥門控制打包速度。
【權利要求】
1.一種利用生物泥制備單細胞蛋白粉的制備方法，其特征在于所述制備方法包含以下步驟: a.生物泥濃縮:定期將生物反應器中的剩余含微生物的生物泥通過管道排入生物泥濃縮池，使生物泥濃縮至含水率97%以下，便于降低后續(xù)離心脫水工序進料量和能耗； b.脫水:將生物泥濃縮池中濃縮后的生物泥通過螺桿泵入脫水設備進行脫水，使得含水率達到75-85% ； c.氣流閃蒸干燥:經脫水后的生物泥再經氣流閃蒸干燥設備烘干至含水率10-50%，并控制氣流閃蒸干燥設備的進風溫度為150-280°C、出風溫度低于120°C、物料溫度低于100°C，確保產品胃蛋白酶消化率不降低，經氣流閃蒸干燥后的生物泥即為粗單細胞蛋白粉； d.微波干燥滅菌:把上述經氣流閃蒸干燥獲得的粗單細胞蛋白粉，通過氣流提升機輸送至微波干燥滅菌設備，停留1-10分鐘，使得物料含水率5-15% ； e.倉料打包，將經過微波滅菌操作的通過絞龍即獲得單細胞蛋白粉成品。
2.如權利要求1所述的一種利用生物泥制備單細胞蛋白粉的制備方法，其特征在于:所述生物泥濃縮池的工藝參數(shù)控制進泥TSS濃度:2-30g/L，排泥TSS濃度:10-50g/L。
3.如權利要求1所述的一種利用生物泥制備單細胞蛋白粉的制備方法，其特征在于:所述脫水設備選用污泥離心脫水設備，螺桿泵采用容積式單螺桿泵，所述污泥離心脫水設備的生物泥泥處理能力:10-30m3/h，工作轉速:1500-3200r/min，出料量在1-2.5t/h，進料含固率:1-5% ;實現(xiàn)泥餅含水率:75-85%，上清液含固率·0.2%，回收率:95%，經脫水后的生物泥由流體成為蛋糕塊狀?！ぁ?br> 4.如權利要求1所述的一種利用生物泥制備單細胞蛋白粉的制備方法，其特征在于:所述脫水設備選用帶式壓濾脫水設備，所述帶式壓濾機的生物泥泥處理能力:10-30m3/h，出料量在1-2.5t/h，進料含固率:1-5% ;實現(xiàn)泥餅含水率:75-85%，上清液含固率:< 0.2%，回收率:95%，經脫水后的生物泥由流體成為蛋糕塊狀。
5.如權利要求3或4所述的一種利用生物泥制備單細胞蛋白粉的制備方法，其特征在于:所述進料含固率進一步控制在3-5%，生物泥泥處理能力:10-30m3/h，離心機轉速在2000-3200r/mino
6.如權利要求1所述的一種利用生物泥制備單細胞蛋白粉的制備方法，其特征在于:所述氣流閃蒸干燥設備的運行參數(shù)控制:進料速度< 2.5t/h，最大水分揮發(fā)能力不小于1667Kg/h，物料在設備中停留5-30s ；物料在氣流閃蒸干燥設備的主機內經破碎瞬間同熱風氣流上升，80-95%的物料經由旋風除塵排出，剩余部分進入氣箱布袋排出，物料經氣流閃蒸干燥設備旋風除塵和氣箱布袋除塵器排出后，再經氣流提升機輸送至微波干燥滅菌設備的進料斗，粒度在20-200目。
7.如權利要求1所述的一種利用生物泥制備單細胞蛋白粉的制備方法，其特征在于:所述微波干燥滅菌設備采用隧道式微波滅菌，運行參數(shù):工作電源采用三相五線·380 土5%V，50HZ ;微波頻率:1200-3575MHZ ;微波功率:75KW功率可控可調；視在功率:·85KVA ;物料進入隧道滅菌時，物料厚度2-15mm，進料速度l-10m/min。
【文檔編號】A23K1/00GK103843971SQ201410055658
【公開日】2014年6月11日 申請日期:2014年2月19日 優(yōu)先權日:2014年2月19日
【發(fā)明者】宋建華, 胡福林 申請人:上海亙泰實業(yè)集團有限公司